1、微機原理及應用,信息與電氣工程學院,第2章 微處理器內部結構(5學時),2.3 微處理器存儲器組織 2.3.1 IA-32工作方式 2.3.2 實方式的邏輯段 2.3.3 保護方式的段頁管理,2.3.1 IA-32工作方式,實地址方式 與8086具有相同的基本結構 只能尋址1MB物理存儲器空間 段基地址和偏移量都用16位表示 邏輯段最大不超過64KB 可以使用32位操作數(shù)和32位尋址方式 保護方式 能發(fā)揮微處理器全部功能 可尋址4GB物理存儲器 段基地址和偏移量都用32位表示 段頁式存儲管理，特權與保護能力 虛擬8086方式 保護方式下的類似實方式的運行環(huán)境 在1MB存儲空間下使用“16位段”

2、,16位段,32位段,2.3.2 實方式的邏輯段信息存儲,基本單位是二進制位(bit)，表達0或1 一個字節(jié)(Byte)8個二進制位 一個字(Word)16個二進制位2個字節(jié) 一個雙字(Double Word)32個二進制位4個字節(jié) 一個4字(Quad Word)64個二進制位8個字節(jié) 最低有效位LSB：是D0位 最高有效位MSB：對應字節(jié)、字、雙字和4字數(shù)據(jù)依次是D7，D15，D31和D63 現(xiàn)代計算機采用字節(jié)尋址 每個存儲單元有一個存儲器地址表示 存放一個字節(jié)量的數(shù)據(jù),2.3.2 實方式的邏輯段實方式的邏輯段,主存空間1M(220)個字節(jié)存儲單元 物理地址范圍：00000 HFFFFF H

3、 程序設計時進行分段管理，但有兩個限制 每個邏輯段最大為64KB 邏輯段只能開始于低4位地址全為0的物理地址處 邏輯地址段地址偏移地址 16位段寄存器保存20位段起始物理地址的高16位 偏移地址也用16位數(shù)據(jù)表示 物理地址段地址10H偏移地址,2.3.2 實方式的邏輯段實方式的邏輯段,2.3.3 保護方式的段頁管理段選擇器,保護方式的16位段寄存器被定義為段選擇器 包含3個域，指向一個段描述符 索引域：記錄段描述符在“描述符表”內的位置 表指示位TI：指示要尋址的描述符表 請求特權層RPL：反映請求本次存取的特權級別,2.3.3 保護方式的段頁管理描述符,8個字節(jié)(64位)，有兩類 段描述符：

4、“描述”邏輯段的屬性 段界限：反映該段的長度，用于存儲空間保護 基地址：給出段基地址，用于形成物理地址 訪問權字節(jié)：說明該段的訪問權限，用于特權保護 門描述符：用于程序轉移的保護,2.3.3 保護方式的段頁管理描述符,2.3.3 保護方式的段頁管理段式和頁式存儲管理,分段：將程序按照邏輯關系分成可大可小的模塊 邏輯地址段基地址偏移地址 16位段選擇器(段寄存器) 段描述符 32位段基地址 EIP，ESP，EA32位偏移地址 線性地址段基地址偏移地址 分頁：將程序分成為若干個大小相同的模塊 不分頁式：物理地址線性地址 分頁管理：線性地址通過2級查表轉換為物理地址 CR3寄存器頁目錄項頁表項偏移量

5、物理地址,2.3.3 保護方式的段頁管理段式和頁式存儲管理,2.3.3 保護方式的段頁管理分頁管理的地址轉換(1),分頁管理機構將32位線性地址分成3個域 目錄索引域(10位) 表索引域(10位) 偏移量域(12位),2.3.3 保護方式的段頁管理分頁管理的地址轉換(2),目錄索引域(10位) 用于在頁目錄表中查找一個頁目錄項(共210項) 基地址由控制寄存器CR3的高20位加12個0給出 偏移地址(12位)=目錄索引*4 物理地址=基地址+偏移地址,2.3.3 保護方式的段頁管理分頁管理的地址轉換(3),表索引域(10位) 用于在頁表中查找一個頁表項(共210項) 基地址由一級查詢找到的頁目

6、錄項的高20位加12個0給出 偏移地址(12位)=表索引*4 物理地址=基地址+偏移地址,2.3.3 保護方式的段頁管理分頁管理的地址轉換(4),偏移量(12位) 基地址由二級查詢找到的頁表項的高20位加12個0給出 提供計算物理地址所需的偏移地址 物理地址=基地址+偏移量,2.3.3 保護方式的段頁管理分頁管理的地址轉換(5),例如：設某存儲單元的線性地址為25674 890H，CR3=28345 XXXH，求該存儲單元的物理地址。 將線性地址25674 890H分成3個域,2.3.3 保護方式的段頁管理分頁管理的地址轉換(6),一級查詢 根據(jù)CR3=28345 XXXH，頁目錄表基地址=2

7、8345 000H 根據(jù)目錄索引95H，頁目錄項偏移地址=95H*4=254H 頁目錄項物理地址=28345 000H+254H=28345 254H 設該頁目錄項的內容為00200 021H,2.3.3 保護方式的段頁管理分頁管理的地址轉換(7),二級查詢 根據(jù)頁目錄項的內容00200 021H，頁表基地址=00200 000H 根據(jù)表索引274H，頁表項偏移地址=274H*4=9D0H 頁表項物理地址=00200 000H+9D0H=00200 9D0H 設該頁表項的內容為34567 021H,2.3.3 保護方式的段頁管理分頁管理的地址轉換(8),物理地址 根據(jù)頁表項的內容34567 021H，頁幀基地址=34567 000H 存儲單元偏移地址=890H 存儲單元物理地址=34567 000H+890H=34567 890H,小結,了解微處理器的基本結構 熟悉8086、80386微處理器的結構 掌握